[發明專利]一種基于示例的三維紋理過程生成模型優化方法

在審

• 申請號: 202210176364.X
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114708379A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 官莊;任重
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T15/04;G06N3/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種基于示例的三維紋理過程生成模型優化方法，該方法在基于程序規則的過程紋理生成技術的基礎上，根據示例圖像自動優化生成模型的參數。本發明使用可微渲染技術將生成的紋理轉換至表示物體外觀的圖像，用該圖像與示例圖像間的風格風格損失對生成模型參數進行優化，并在損失函數中加入空間標簽，以降低渲染過程帶來的二義性對優化效果的干擾。相比已有的基于程序規則的過程紋理生成技術，該方法自動化程度更高；而相比已有的基于示例的生成技術，該方法允許使用者編輯生成模型，更加靈活。此外，該方法是首個針對三維紋理的過程生成模型的參數優化方法。

技術領域

本發明涉及計算機圖形領域，尤其涉及一種基于示例的三維紋理過程生成模型優化方法。

背景技術

在計算機圖形學中，紋理是常見的表示空間中高頻細節信息的方法。通過把紋理包裹在 物體表面，可以描述其表面上每一點處的起伏高低、材質顏色、材質粗糙度等屬性；通過把 三維紋理映射到三維空間中的特定區域，可以描述這片區域的特定屬性，如云霧中每個位置 對光的散射率、半透明材料中每個位置的反照率等。

如何高效地獲得紋理數據一直是個飽受關注的問題。人工創作具有較高的人力和時間成 本，捕獲現實中的紋理數據在規模和效率上也容易受限。因此，當應用程序需要大量具有一 定統計特征的紋理時，過程生成方法往往是合適的選擇。這樣的紋理在生活中廣泛存在，既 有表示顏色的紋理，也有表示法線、起伏高度、介質密度等材質屬性的紋理，比如樹干上的 紋路顏色、磚墻表面的法線細節等。紋理的過程生成方法大致有兩類：

一、基于示例的過程生成。所謂基于示例，是指由用戶提供一張二維/三維紋理作為示例， 由生成算法批量地產生與示例圖像具有相似視覺風格的紋理。這類方法可以被詳細劃分為基 于局部相似性的拼接算法、基于紋理優化的算法以及基于神經網絡的端到端方法。

二、基于程序規則的過程生成，即由人工設計產生紋理數據的生成模型，其中包含了完 整的程序代碼。由于編寫程序代碼的學習成本較高，基于節點圖的可視化編程工具在設計者 中非常流行。在這些工具中，設計者可以通過組合具備特定功能的節點來構造程序。

這兩類方法各有優劣。基于示例的方法自動化程度很高，用戶通常只需要提供一幅示例 圖像，就可以獲得大量與之相似的目標紋理。但這些方法的中間過程近乎黑盒，無法編輯。 在生產實踐中，用戶常需要高頻率地觀察結果、調整生成過程，這一需求限制了基于示例的 方法的應用范圍。與此相比，基于程序規則的方法易于理解，用戶可以編輯生成規則，對目 標紋理的某些特征進行修改；這類方法的缺點則是編寫生成規則并非易事，即使是富有經驗 的美術工作者，要產生具有特定視覺特征的紋理，也往往需要花費大量時間來設計節點圖和 調整節點參數。

編寫紋理生成程序需要一定的編程基礎，在編寫過程中也難以觀察到中間結果，對藝術 家和美術工作者來說很不方便。為了降低程序規則的編寫門檻、提高編寫效率，基于節點圖 的可視化編程方法被引入到此領域中。目前，用于過程生成的商業軟件大多使用這種編程模 式，如Houdini，Substance Painter等。要使得節點圖編寫的生成規則產生符合預期的紋理， 需要富有經驗的藝術家/美術工作者對節點圖的結構進行設計。即使有了節點圖本身，不同的 節點參數也會產生完全不同的目標紋理。因此，即使商業軟件中已經積累了成百上千的節點 圖，可以生成各式紋理，用戶仍然需要花費大量時間調整節點參數，這有違過程生成方法“高 效產生紋理”的初衷。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于示例的三維紋理過程生成模型優 化方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于示例的三維紋理過程生成模型優 化方法，包括以下步驟：

步驟一：使用者以節點圖形式輸入基于程序規則的紋理過程生成模型，將該模型輸出的 三維目標紋理與預先準備的場景數據結合，經過可微渲染得到表示物體外觀的圖像。